[發明專利]光纖激光器及激光控制方法

在審

• 申請號: 202110860411.8
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113594843A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 高放;張先明;丁建武;劉進輝
• 申請（專利權）人: 光惠（上海）激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/08;H01S3/094;H01S3/00;H01S3/067
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• 代理人: 暫無信息

一種多波長輔助光纖激光器系統，具體是一套將兩種或多種不同波長輸出的半導體激光器通過一個光纖泵浦合束器合束后傳輸至光纖增益腔中,利用增益光纖對泵浦光有選擇性吸收的特點,使激光器形成三種不同的工作狀態。為了使得輔助激光更加的均勻或是滿足特定的分布，建立了一套控制各個激光器的控制方法，實現優質的激光輸出。

技術領域

本申請涉及光纖激光技術領域，尤其涉及一種多波長輔助光纖激光器系統及激光控制方式。

背景技術

將光纖激光用于材料加工是相當普遍的，但在光纖激光對材料進行加熱加工時，由于光纖激光加工熱區小的特點，造成加工點與周圍非加工區域的溫差巨大，由此會產生激光頻率與材料間的共振，引起材料飛濺的現象，嚴重影響加工效果，介于這個問題，產生了復合式激光加工工藝，即在高能量密度激光加工的同時，另外用均勻的激光能量改變加工點周圍材料的溫度，讓材料避開與激光頻率的共振點。現有的復合加工方式是分別使用兩臺光纖激光器與半導體激光器，通過聚焦鏡片等外光路將兩臺激光器輸出的光束聚焦在加工材料表面上。

現有的傳統復合激光加工方式是分別使用兩臺光纖激光器與半導體激光器，通過聚焦鏡片等外光路將兩臺激光器輸出的光束聚焦在加工材料表面上，實現對材料的復合激光加工。需要兩臺不同的獨立激光器，沒有統一的控制軟件，各自都需要單獨進行控制，在精密的工藝調試中，無法實現較高的一致性；這種雙機聯動的形式必需要兩組光學聚焦鏡頭，使用與維護成本較高。外光路的耦合方式決定了兩種光束來自不同的入射角度，這會導致非焦點激光會在工件表面形成不規則的橢圓光斑，從而造成能量分布不均勻的現象。

在一些快速加工時，需要反復在不同位置精確的切換加熱光場的狀態，用以精確調節非加工區域的頻率，即需要在特定的位置連續的切換加熱光束的工作狀態，而當采用兩臺不同獨立激光器時，由于兩種設備之間的協調具有延遲，沒有辦法在快速加工中，連續準確的切換加熱模式。

另外現有的用均勻的激光能量改變加工點周圍材料的溫度，由于激光光場輸出的分布往往具有一定的不均勻性和不規則性，可能導致能量的浪費，而均勻的光場分布或特定的輔助光場分布也許對光纖激光光束的加工具有更有益的輔助作用，通常采用均勻的光場分布，也可以接近光纖基模輸出的0階貝塞爾函數分布的輔助光束，可能具有與光纖激光的加工光束有更好的兼容性。

發明內容

一種多波長輔助光纖激光器系統，用于產生三種不同的激光輸出光束，所述系統包括：N1個976nm半導體激光模塊(N1為大于等于1的正整數，優選的大于1)；N2個可見光波長半導體模塊(N2為大于等于1的正整數，優選的大于1)；一個正向(N1+N2)+1光纖泵浦合束器；光纖增益腔；一根光纖輸出光纜；激光器控制系統；N1個976nm半導體激光模塊用于提供激光器增益腔吸收的976nm泵浦激光；N2個可見光波長半導體激光模塊用于提供激光器增益腔不吸收的激光,作為輔助光束；一個正向(N1+N2)+1光纖泵浦合束器用于將N1個976nm半導體激光模塊與N2個可見光波長半導體模塊輸出的激光合束至一根包層低NA(小于等于0.22)的GDF光纖中；光纖增益腔由一對包層低NA(小于等于0.22)光纖光柵(HR與OC)與包層低NA(小于等于0.22)摻鐿光纖(YDF)組成,用于吸收由正向(N1+N2)+1光纖泵浦合束器傳輸來的976半導體激光模塊輸出的泵浦激光,進行增益放大產生由纖芯傳輸的主光束(1070nm)；一根光纖輸出光纜是由一根包層NA約為0.22的傳輸光纖制成的QBH輸出光纜,用于將光纖增益腔中產生的1070nm主激光光束(經纖芯)與可見光波長半導體模塊發出的輔助可見光光束(經包層)傳輸至工件表面；激光器控制系統分為控制系統硬件(電路板)與控制系統軟件兩部分,其中控制系統軟件由兩個各自獨立控制系統組成——控制976nm半導體激光模塊的主光束控制系統與控制可見光波長半導體激光模塊的輔助光束控制系統，通過兩種光束控制系統的配合實現三種不同激光光束的能量強度、工作時間、脈沖頻率等輸出方式的多種搭配。